二维金属碳化物纳米片(MXene)衍生物研究取得新进展
发布时间:2017-05-10 08:22:42      供稿部门:DNL21T3

      近日,DNL二维材料与能源器件研究组(DNL21T3)吴忠帅研究员团队发展了一种同时氧化和碱化的新策略,一步法实现了二维金属碳化物纳米片(Ti3C2 MXene)向超薄钛酸钠或钛酸钾纳米带的转变,发现其具有优异的储钠和储钾性能。相关研究成果发表在ACS NanoDOI:10.1021/acsnano.7b01165)上。

      MXene是一类新型二维金属碳(氮)化物纳米片,具有优异的电化学性能,一般由三元MAX相经化学刻蚀剥离制得,其中M指过渡族金属(如Ti、V、Nb、Ta等),A指Al、Si等,X指C、N。常见的Ti3C2 MXene表面具有大量的含氧/氟官能团,作为储能电极材料时易产生较大的不可逆容量,导致可逆比容量与库伦效率较低。因此,需要研发结构和性能稳定的MXene基新型电极材料。

      该研究团队通过设计一种同时氧化和碱化的新过程,一步法实现了二维金属碳化物纳米片(MXene)向超薄钛酸钠或钛酸钾纳米带的转变,所制备的纳米带具有较大的层间距(0.90~0.93 nm)、超薄厚度(<11 nm)、较窄宽度(<60 nm)以及开放的大孔结构,有利于充放电过程中电解液离子的快速传输以及结构的稳定。因此,该类钛酸钠纳米带在200 mA g-1电流密度下展现出高达191 mAh g-1的比容量,钛酸钾纳米带具有优异循环稳定性,超过900次的稳定循环且保持较高比容量,明显优于其它的钛基纳米材料。重要的是,Ti3C2 二维纳米片只是60余种 MXene家族中的一种,因此本工作为开发新型MXene衍生功能纳米材料开辟了新的途径。

      上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家青年千人计划、辽宁省自然科学基金、中国博士后基金等项目的资助。(文/图 董琰峰、赵雪君)
 

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